NRX

För "NRX"-serien av kärnvärmeraketkonstruktioner , se NERVA . För den neoreaktionära rörelsen (NRx), se Dark Enlightenment . För racingserien, se Nitro Rallycross .

NRX ( National Research Experimental ) var en tungvattenmodererad , lättvattenkyld kärnforskningsreaktor vid Canadian Chalk River Laboratories , som togs i drift 1947 med en designeffekt på 10 MW (termisk), ökande till 42 MW år 1954. Vid tidpunkten för byggandet var det Kanadas dyraste vetenskapsanläggning och världens mest kraftfulla kärnforskningsreaktor. NRX var anmärkningsvärt både när det gäller dess värmeeffekt och antalet fria neutroner som den genererade. När en kärnreaktor som NRX är i drift genererar dess kärnkedjereaktion många fria neutroner. I slutet av 1940-talet var NRX den mest intensiva neutronkällan i världen.

NRX upplevde en av världens första stora reaktorolyckor den 12 december 1952. Reaktorn började fungera den 22 juli 1947 under National Research Council of Canada och togs över av Atomic Energy of Canada Limited (AECL) strax före olyckan 1952. Olyckan sanerades och reaktorn startade om inom två år. NRX fungerade i 45 år och stängdes sedan av permanent den 30 mars 1993. Avveckling pågår vid Chalk River Laboratories anläggning.

NRX var efterträdaren till Kanadas första reaktor, ZEEP . Eftersom livslängden för en forskningsreaktor inte förväntades vara särskilt lång, började 1948 planeringen av byggandet av en efterföljande anläggning, National Research Universal-reaktorn , som startade en självförsörjande drift (eller "blev kritisk") 1957.

Design

En tungvattenmodererad reaktor styrs av två huvudprocesser. För det första saktar vattnet ner ( modererar ) neutronerna som produceras av kärnklyvning, vilket ökar chanserna för att högenergineutronerna orsakar ytterligare klyvningsreaktioner. För det andra absorberar styrstavar neutroner och justerar effektnivån eller stänger av reaktorn under normal drift. Antingen att sätta in kontrollstavarna eller ta bort tungvattenmoderatorn kan reaktionen stoppas.

NRX-reaktorn inkorporerade en calandria, ett förseglat vertikalt cylindriskt aluminiumkärl med en diameter på 8 m och en höjd av 3 m. Kärnkärlet innehöll cirka 175 vertikala rör med sex centimeter i diameter i ett hexagonalt galler, 14 000 liter tungt vatten och heliumgas för att tränga undan luft och förhindra korrosion . Vattennivån i reaktorn kan justeras för att hjälpa till att ställa in effektnivån. I de vertikala rören och omgiven av luft satt bränsleelement eller experimentella föremål. Denna design var en föregångare till CANDU -reaktorerna.

Bränsleelementen innehöll bränslestavar 3,1 m långa, 31 mm i diameter och vägande 55 kg, innehållande uranbränsle och mantlade i aluminium. Runt bränsleelementet fanns ett kylvätskerör av aluminium med upp till 250 liter per sekund kylvatten från Ottawafloden som strömmade genom det. Mellan kylvätskemanteln och calandria upprätthölls ett luftflöde på 8 kg/sekund.

Tolv av de vertikala rören innehöll styrstavar gjorda av borkarbidpulver inuti stålrör. Dessa kunde höjas och sänkas för att kontrollera reaktionen, med vilka sju som helst som infogats är tillräckligt för att absorbera tillräckligt med neutroner så att ingen kedjereaktion skulle kunna inträffa. Stavarna hölls uppe av elektromagneter , så att ett strömavbrott skulle få dem att falla ner i rören och avbryta reaktionen. Ett pneumatiskt system kan använda lufttryck från ovan för att snabbt tvinga in dem i reaktorhärden eller underifrån för att långsamt lyfta dem från den. Fyra av dessa kallades skyddsbanken medan de övriga åtta kontrollerades i en automatisk sekvens. Två tryckknappar på huvudpanelen i kontrollrummet aktiverade magneter för att täta stängerna till det pneumatiska systemet, och tryckknappen för att orsaka det pneumatiska införandet av stängerna i kärnan var placerad några meter bort.

Historia

NRX och Zeep byggnader 1945

NRX var under en tid världens mest kraftfulla forskningsreaktor , vilket placerade Kanada i framkanten av fysikforskning. Efter andra världskrigets samarbete mellan Storbritannien , USA och Kanada , var NRX en mångsidig forskningsreaktor som användes för att utveckla nya isotoper, testmaterial och bränslen och producera neutronstrålningsstrålar , som blev ett oumbärligt verktyg i det blommande området av kondenserad materiens fysik .

Kärnfysikdesignen för NRX kom från Montreal Laboratory of Canadas National Research Council, som etablerades vid University of Montreal under andra världskriget för att engagera ett team av kanadensiska, brittiska och andra europeiska forskare i topphemlig forskning om tungvattenreaktorer. När beslutet togs att bygga NRX vid vad som nu är känt som Chalk River Laboratories , kontrakterades den detaljerade ingenjörskonstruktionen till Kanadas Defence Industries Limited (DIL), som lade ut konstruktionen till Fraser Brace Ltd.

1994 delade Dr. Bertram Brockhouse Nobelpriset i fysik för sitt arbete på 1950-talet vid NRX, som avancerade detektions- och analystekniker som användes inom området neutronspridning för forskning om kondenserad materia.

CIRUS-reaktorn , baserad på denna design, byggdes i Indien. Det användes slutligen för att producera plutonium för Indiens kärnvapentest Operation Smiling Buddha .

Det hävdas att termen "crud" ursprungligen stod för "Chalk River Unidentified Deposit", som användes för att beskriva den radioaktiva skalning som byggs upp på interna reaktorkomponenter, som först observerades i NRX-anläggningen. [ misslyckad verifiering ] Crud har sedan dess blivit vanligt språkbruk för "Corrosion Related Unidentified Deposit" och liknande uttryck och används ofta utan någon relation till Chalk River-anläggningen. [ citat behövs ]

Olycka

Den 12 december 1952 drabbades NRX-reaktorn av en partiell härdsmälta på grund av operatörsfel och mekaniska problem i avstängningssystemen. För teständamål hade några av rören kopplats bort från högtrycksvattenkylning och anslutits med slangar till ett tillfälligt kylsystem och ett kyldes endast av luftflöde.

Under tester på låg effekt, med lågt kylvätskeflöde genom kärnan, märkte arbetsledaren att flera styrstavar drogs från kärnan och hittade en operatör i källaren som öppnade pneumatiska ventiler. Fel öppnade ventiler stängdes omedelbart, men några av styrstavarna kom inte in i kärnan igen och fastnade i nästan tillbakadragna lägen, men fortfarande tillräckligt lågt för att deras statuslampor skulle indikera dem som sänkta. På grund av en felkommunikation mellan arbetsledaren och kontrollrumsoperatören trycktes fel knappar ner när arbetsledaren bad om att sänka ner styrstavarna i kärnan. Istället för att täta de tillbakadragna styrstavarna till det pneumatiska systemet, drogs skyddsbanken av fyra styrstavar ut från kärnan. Operatören märkte att effektnivån ökade exponentiellt, fördubblades varannan sekund, och utlöste reaktorn. Tre av skyddskontrollstavarna sattes dock inte in i kärnan och den fjärde tog onormalt lång tid, cirka 90 sekunder, att glida tillbaka samtidigt som kraften fortsatte att öka. Efter bara 10 sekunder nåddes 17 MW. Kylvattnet kokade i rören som var anslutna till det tillfälliga kylsystemet, och några av dem sprack; positiva tomrumskoefficient ledde till ännu högre effektökningshastighet. Cirka 14 sekunder senare öppnades ventiler för att dränera det tunga vattnet från calandria. Eftersom detta tog lite tid ökade effekten i 5 sekunder till, nådde en topp på 80 MW och sjönk sedan när moderatornivån minskade och låg på noll 25 sekunder senare. Under tiden smälte några bränsleelement och calandriaen genomborrades på flera ställen; helium läckte ut och luft aspirerades inuti. Väte och andra gaser utvecklades genom högtemperaturreaktion av metaller med kylvatten, och 3–4 minuter senare syreväte i calandria. Under incidenten ventilerades vissa gasformiga klyvningsprodukter till atmosfären och tungt vatten i calandria förorenades med kylvattnet och klyvningsprodukterna.

För att avlägsna sönderfallsvärme hölls vattenkylningssystemet igång, vilket läckte förorenad kylvätska till golvet. Cirka 10 kilocuries (400 TBq ) radioaktivt material, som fanns i cirka 4 500 kubikmeter (1 200 000 US gal) vatten, dumpades till reaktorbyggnadens källare under de närmaste dagarna.

Rengöring av platsen krävde flera månaders arbete, delvis utfört av 150 amerikanska flottans personal som hade tränat i området, inklusive USA:s framtida president Jimmy Carter . NRX- reaktorns kärna och calandria, som inte kunde repareras, togs bort och begravdes, och en förbättrad ersättning installerades; den renoverade reaktorn var i drift igen inom två år. Städningen tog fjorton månader och omfattade 800 anställda vid Atomenergikommissionen och både kanadensiska och amerikanska militärer.

Lärdomarna från olyckan 1952 avancerade reaktorsäkerhetsområdet avsevärt, och begreppen som den lyfte fram (mångfald och oberoende av säkerhetssystem, garanterad avstängningsförmåga, effektiviteten i gränssnittet mellan människa och maskin) blev grunderna för reaktordesign. [ citat behövs ] Incidenten var världens första kärnreaktorsmälta.

Se även

externa länkar

Koordinater :

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=NRX&oldid=1142830720 "